Промывной цех сульфатцеллюлозного завода производительностью 430 тонн в сутки, целлюлоза марки ЭКБ-1

                                                 

1.3 Выбор и обоснование технологической схемы производства 

     Для проекта выбираю непрерывный  способ промывки целлюлозы на многоступенчатой промывной установке.

     Промывка  на барабанных фильтрах строится по многоступенчатой противоточной схеме с замкнутой  системой использования промывных вод и щелоков. В последовательную работу включается четыре фильтра.Горячая свежая вода подается только в спрыски последнего фильтра; полученный с последнего фильтра слабый фильтрат используется для разбавления массы перед поступлением на этот же фильтр и частично подается на спрыски предпоследнего фильтра, фильтрат которого в свою очередь расходуется для разбавления массы перед этим же фильтром и частично идет на спрыски предыдущего и т. д. до первого фильтра, куда поступает масса из выдувного резервуара, разбавленная крепким оборотным щелоком. Крепкий щелок, отобранный на первом фильтре, используется для разбавления массы перед ванной фильтра и в выдувном резервуаре, а избыток его идет на варку и на регенерацию. Основной достаток: система не имеет сбросов в сток, и потери ограничиваются щелочью, удержанной массой после последней ступени промывки.

     Из  нижней части выдувного резервуара масса, разбавляется крепким щелоком  до концентрации 3,2 % . Дальше, масса дополнительно разбавляется крепким оборотным щелоком до 1,2 %. Вакуум создается барометрической трубой, конец которой опущен в приемный бак для щелока. Сухость папки, сходящей с барабана, составляет 15 %. После последнего фильтра масса, промытая горячей водой, разбивается в мешалке, разбавляется оборотной водой и поступает в бассейн перед очистным отделом.

     Разность  уровней между осями барабанов  и максимальным уровнем щелоков  в приемных баках составляет 8 м, что обеспечивает создание необходимого вакуума. Для уменьшения пенообразования при поступлении щелоков в баки концы труб опущены в гидравлические карманы, всегда заполненные щелоком. От всех баков, верх которых герметично закрыт, отходят широкие трубы для отвода накапливающейся пены в пеносборник, на верхней крышке которого установлен центробежный пеноразбиватель. Пеноразбиватель представляет собой широкий и короткий патрубок для выхода пены, над отверстием которого с частотой 1000 мин вращается перфорированный диск с изогнутыми лопастями на вертикальном валу. Щелок, образующийся после разбивания пены, стекает обратно в бак, а воздух выбрасывается вентилятором через небольшой циклон, улавливающий остатки пены, в атмосферу. Со дна пеносборника щелок, получающийся после разрушения пены, откачивается насосом в приемный бак второго фильтра. Основным производственным затруднением при промывке целлюлозы на барабанных фильтрах является вспенивание щелока. Накапливаясь в ваннах фильтров, пена затрудняет контроль уровня массы, ухудшает условия формования папки, увеличивает потери щелочи. Для уменьшения пенообразования, сокращения потерь щелочи, повышения производительности и для обеспечения нормальной работы вакуум-промывной установки, очень большое значение имеет поддержание постоянного рабочего режима: концентрации массы, количества массы и щелоков, циркулирующих в системе, расхода и температуры промывной воды. Поэтому совершенно обязательно оборудование установки целым рядом автоматических контрольных приборов и регуляторов. 
 

3.  Связь  с другими цехами

 

     Промывной цех связан со многими цехами: варочный цех, очистной цех, цех коммуникаций, ТЭЦ, регенерация черного щелока. Из цеха коммуникаций приходит вода, из ТЕЦ пар и электроэнергия. Из варочного цеха целлюлоза поступает на промывку далее идет на промывку из промывного цеха на регенерацию черного щелока. 

4.  Описание технологической схемы производства

 

     Промывка  целлюлозы на многоступенчатой промывной установке производится следующим образом. Масса из выдувного резервуара 1 при концентрации 3,2 % разбавляется крепким щелоком, подаваемым из первого бака 5 до концентрации 1,2 %. После масса непрерывно поступает в ванну первого фильтра 4. Целлюлозная папка, образовавшаяся на барабане, промывается щелоком (фильтратом), подаваемым на спрыски фильтра насосом из бака второго фильтра. Отмытая папка из первого фильтра при концентрации 15 % поступает в промежуточную ванну 4, где разбавляются щелоком, подаваемым из бака второго фильтра до концентрации 1 %, а затем на второй фильтр, где промывается щелоком третьего фильтра. Щелок с первого фильтра самотеком сливается в первый бак. Таким же образом работают второй, третий и четвертый фильтры. Целлюлозная папка, образовавшаяся на барабане четвертого фильтра, промывается последовательно горячей и холодной водой. Промытая масса с последнего фильтра при концентрации 15 % поступает в концевую ванну, разбавляется оборотной водой и направляется на очистку.

     В черном щелоке содержится значительное количество поверхностно-активных веществ, состоящих в основном из мыла, образующегося  во время варки целлюлозы. Вследствие этого в каждом баке щелока образуется пена. Причиной пенообразования является смешение щелока с воздухом в процессе промывки целлюлозы на фильтрах. Присутствие поверхностно-активных веществ усиливает пенообразование. Из баков пена отсасывается в пеносборник 6 и разрушается в нем при помощи механического пеногасителя 7. Щелок из пеногасителя непрерывно откачивается насосом во второй бак. Воздух, освобождающийся при разрушении пены, отсасывается из пеносборника вентилятором 8в атмосферу. Современные промывные установки оснащены дистанционным управлением и приборами для автоматического регулирования промывки целлюлозы. Промывка целлюлозы происходит по принципу противотока. На первой ступени отбирают крепкий щелок на регенерацию, на разбавление массы в выдувном резервуаре. Щелок с промежуточных ступеней промывки используется на предшествующих стадиях промывки. На последнюю ступень подается горячая вода.

 

2. Расчетная часть

 

1. Выбор исходных данных для расчета

 

     Для наглядного представления о количествах жидкости и растворенных

веществ, циркулирующих в системе непрерывной противоточной промывки на барабанных фильтрах, рассчитаем примерный баланс щелоков для четырехступенчатой промывки на однозонных фильтрах. Расчет будем вести на 1 т воздушно-сухой целлюлозы средней жесткости. Условия работы установки примем следующие:

Количество:

- щелока, поступающего с массой из котла, м³/т целлюлозы….6,6[3с.278]

     - растворенных веществ (сухого остатка), содержащихся в этом щелоке,

       кг/т целлюлозы……………………………………………….1750[7.373]

Концентрация  массы, %:

     - в нижней части выдувного резервуара………………………..3,1[7с.127]

     - при поступлении на фильтр……………………………………. 1,2[7с.127]

     - при сходе с барабана фильтра………………………………….14[7c.128]

     - расход горячей воды на промывку, м³/т целлюлозы…………..8[6 с.17] 
 
 
 
 
 
 

2. Расчет  материального баланса

 

     Прежде  всего, поскольку система промывки замкнута и не имеет сброса в канализацию, будет справедливо уравнение суммарного жидкостного баланса установки:

     V_о + W = V + M,

где   V_o - количество щелока, поступающее с массой из котла (за вычетом

          паров, выделяющихся при выдувке);

     W - расход воды на промывку;

     V - количество получаемого (используемого) щелока, возвращаемого на

     варку и направляемого  на регенерацию;

     М - количество воды, уходящее с промытой массой.

В нашем  случае V_o и W известны, а количество воды с промытой массой на 1 т воздушно-сухой целлюлозы будет равно:

     

Следовательно, общее количество используемого  щелока составит:

     V = V_o + W – M

     V = 6,6 + 8 - 5,4 = 9,2 м³/т целлюлозы.

Аналогичное уравнение будет справедливо  и для суммарного баланса растворенных веществ (сухого остатка):

     G_o = G + N,

где     G_o — количество сухого остатка в исходном щелоке, поступающем из

          котла;

     G — количество сухого остатка в используемом щелоке;

     N — потери сухого остатка с промытой массой.

     Допустим, что при нормальной работе потери щелочи с промытой массой на нашей установке составляют 30 кг стандартного сульфата (95 % Na₂SО₄) на 1 т целлюлозы. Если принять, что в сухом остатке щелока содержится примерно 23 % Na₂О, то в пересчете на массу сухого остатка потери составят:

     

Тогда количество сухого остатка в используемом щелоке будет:

     G = Go – N = 1750 – 54 = 1696 кг/т целлюлозы,

а концентрация его должна составить:

              с = 1696 : 9,2 = 184 кг/м³ (по сухому остатку),

что отвечает плотности 1,09 г/см³ (при 15 °С).

Начальная концентрация щелока, приходящего из котла, была:

                                        с_о= 1750 : 6,6 = 265 кг/м³

Отношение концентраций используемого и исходного  щелоков (или относительная концентрация):

_{а отношение объемов  используемого и  исходного щелоков, или относительный  объем:}

при эффективности  промывки:

             

     Выражение для концентрации используемого  щелока связывает между собой  все основные величины материального баланса: 

_{Переменными, очевидно, будут расход промывной воды W, концентрация с и потери при промывке N. Если условно предположить, что потери с промытой массой будут оставаться постоянными независимо от расхода воды, тогда для нашего примера получим следующую приблизительную зависимость между расходом воды на промывку и концентрацией используемого щелока:}

     Расчет  жидкостного баланса по всей системе  промывки не представляет трудностей: для этого достаточно знать концентрацию массы. Потери волокна при промывке практически можно не учитывать, так как они очень незначительны и не превышают 0,1 %. Возвращаясь к нашему примеру, подсчитаем количество циркулирующей в системе жидкости на 1 т воздушно-сухой целлюлозы.

Количество  щелока, поступающее с массой из выдувного резервуара:

Количество  оборотного крепкого щелока, идущее в  резервуар на разбавление: 26,62 – 6,6 + 20,02 м³. Количество щелоков, сопровождающих массу при поступлении на фильтры: 

 

_{Поступает на разбавление щелока в бачок перед  первым фильтром:}

_{66,8 – 26,62 = 40,2 м³.}

_{Всего используется оборотного крепкого щелока для  разбавления массы:}

_{20 + 40,2 = 60,2 м³.}

_{На  каждый фильтр подается жидкости на спрыск 8 м³/т, а с массой уходит жидкости 5,4 м³/т. Следовательно, количество фильтрата с каждого фильтра составит 66,8 + 8 – 5,4 =69,4 м³.}

_{За  вычетом оборотного щелока количество используемых щелоков, отбираемых с первого фильтра, будет равно 69,4 – 60,2 = 9,2 м³, как уже ранее определено из суммарного жидкостного баланса. Количество фильтрата, подаваемого в промежуточные мешалки (между фильтрами) для разбавления массы от концентрации 14 % до концентрации 1,25 %, равно 66,8 – 5,4 = 61,4 м³.}

_{Остается  фильтрата для  подачи в спрыски  предыдущего фильтрата (проверка): 69,4 - 61,4 = 8 м³.}

     _{Расчет  полного баланса  сухого остатка по всей схеме сложнее  и требует предварительного составления системы  уравнений. Процесс  промывки на фильтре складывается из двух стадий: отсасывания избытка щелока с образованием и уплотнением слоя массы и собственно промывки слоя массы из спрыска. Примем для нашего примера, что перед поступлением в зону спрысков слой массы обезвоживается до концентрации 8 %, т.е. с массой остается на 1 т воздушно-сухой целлюлозы:} 

_{Следовательно, в зоне фильтрации и предварительного обезвоживания отсасывается щелока без разбавления 66,8 – 10,12 = 56,68  м³. В спрысковой зоне всего отбирается щелока 69,4 – 56,68 = 12,72 м³.}